(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度に維持される地下水の冷温水を介して住宅に供給される空調用空気を熱交換処理する空調用熱交換器において、
前記冷温水が上下動を繰り返しながら通水され、ジグザク状に配置された冷温水パイプと、
前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が上部から下部に向けて供給される円筒状の下降空気管ユニットと、
前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が下部から上部に向けて供給される円筒状の上昇空気管ユニットと、
前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの下端側でＵ字状に連結して空調用空気を流通させる連接管とを有し、
前記冷温水パイプは、
前記下降空気管ユニット及び上昇空気管ユニットの中において、
上下方向に複数回折り返しながら屈曲されて収納されており、
前記冷温水は、
前記上昇空気管ユニット内の冷温水パイプ１２’に通水され、
前記上昇空気管ユニット内から排出された後、
前記連接管内に配置された接続パイプ１２ａを介して、
前記下降空気管ユニット内の冷温水パイプ１２に通水され、
前記下降空気管ユニット上部の冷温水排出部１２ｂより外部に排出されるようにし、
前記空調用空気は、
前記下降空気管ユニットの上部から下部に流れ、
前記連接管を通過し、
前記上昇空気管ユニットの下部から上部に流れるようにし、
前記連接管にはその内部に貯留される水を排水するための排水部が設けられていることを特徴とする空調用熱交換器。
【請求項２】
前記連接管を介して連接される前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットを空調設備建屋内に複数組み合わせて配置し、外部から供給される前記空調用空気をジグザグ状に繰り返して上下動させながら前記冷温水パイプ内を流れる冷温水と熱交換させることを特徴とする請求項１記載の空調用熱交換器。
【請求項３】
前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの上端側にユニット内へ洗浄水を散布する散水部を設けるともに、そのユニットの下端側に配置される前記連接管内に貯留される汚染水や結露水の排水部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の空調用熱交換器。
【請求項４】
前記下降空気管ユニットの上部に設けられた地下水噴霧管又は／及び上昇空気管ユニットの上部に設けられた散水管より、
前記ジグザク状に配置された冷温水パイプ及び円板状フィンに水を噴霧して、
前記空調用空気の温度及び湿度を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空調用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般住宅に付設される空調用熱交換器に関し、特に屋内空気が循環供給されるように設計された住宅などにおいて、地下から汲み上げられる年間を通してほぼ一定温度の地下水を利用して、暖房や冷房の空調負荷を低減する空調用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅建築物の高断熱、高気密化に伴なって、換気ファン等の換気装置を用いた換気型住宅が開発されている。このような住宅では、例えば、洗面所、脱衣室等の共用部分に排気口を設け、リビングや寝室等の居室部分に吸気口を形成することにより、換気装置の動力を介して屋内に吸気口から排気口に向かう緩やかな空気の流れを生じさせるようにしている。こうして、屋内の空気を吸気口から取り入れた新鮮な空気と交換できるように設計されている。
【０００３】
このような２４時間換気の住宅では、エアコンやヒーター等の機械的な冷暖房装置を用いて屋内の冷房や暖房が行われる。
一方、自然エネルギーである地熱を利用した住宅が知られている（例えば特許文献１（特開平２−８９９３５号公報）参照）。
これらの地熱を利用した住宅は、地中の温度は夏季、冬季を問わず１５℃程度に略一定していることから、地中に埋設した熱交換パイプによって空気を加温又は冷却した後に屋内を循環させることにより暖房や冷房の空調負荷を低減させるものである。
【０００４】
地下水や地熱などの自然エネルギーを熱源として利用することにより、空調用エネルギーの消費量を削減するようにした空気循環システムが提案されている。例えば、特許文献２（特開２０００−９７５８６号公報）に記載の建物の自然力利用空調システムは、熱交換器となる地中パイプを埋設し、地上に設置した空調機の熱源設備（ヒートポンプ）とパイプとの間で水を循環させるように構成したものである。地中パイプが埋設される地盤中では年間を通じて温度が１５℃前後に維持され、夏期には室内空気が地中パイプを介して冷却され、冬期には室内空気が加熱されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−８９９３５号公報
【特許文献２】特開２０００−９７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の地熱利用空調システムでは、地中に埋設した地中パイプを熱交換器として用いているため、その設備内に空気との熱交換面を効果的に配置することが困難であり、地熱と水との熱交換効率が悪いという問題があった。
また、地中深部までパイプを埋設させたり、大径のパイプを用いたりするなどして、より多くの水を循環させ熱効率を高めることも考えられるが、大容量のポンプによって水を循環させる必要が生じ、結果的に消費エネルギーの削減効果が低下してしまうという欠点があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであり、一般住宅などの住環境において、室内空気の清浄化や換気冷暖房を効率的に行なうことのできる空調用熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の空調用熱交換器は、
所定温度に維持される地下水の冷温水を介して住宅に供給される空調用空気を熱交換処理する空調用熱交換器において、
前記冷温水が上下動を繰り返しながら通水され、ジグザク状に配置された冷温水パイプと、
前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が上部から下部に向けて供給される円筒状の下降空気管ユニットと、
前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が下部から上部に向けて供給される円筒状の上昇空気管ユニットと、
前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの下端側でＵ字状に連結して空調用空気を流通させる連接管とを有し、
前記冷温水パイプは、
前記下降空気管ユニット及び上昇空気管ユニットの中において、
上下方向に複数回折り返しながら屈曲されて収納されており、
前記冷温水は、
前記上昇空気管ユニット内の冷温水パイプ１２’に通水され、
前記上昇空気管ユニット内から排出された後、
前記連接管内に配置された接続パイプ１２ａを介して、
前記下降空気管ユニット内の冷温水パイプ１２に通水され、
前記下降空気管ユニット上部の冷温水排出部１２ｂより外部に排出されるようにし、
前記空調用空気は、
前記下降空気管ユニットの上部から下部に流れ、
前記連接管を通過し、
前記上昇空気管ユニットの下部から上部に流れるようにし、
前記連接管にはその内部に貯留される水を排水するための排水部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の空調用熱交換器は、前記（１）において、前記連接管を介して連接される前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットを空調設備建屋内に複数組み合わせて配置し、外部から供給される前記空調用空気をジグザグ状に繰り返して上下動させながら前記冷温水パイプ内を流れる冷温水と熱交換させることを特徴とする。
【００１０】
（３）本発明の空調用熱交換器は、前記（１）又は（２）において、前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの上端側にユニット内へ洗浄水を散布する散水部を設けるともに、
そのユニットの下端側に配置される前記連接管内に貯留される汚染水や結露水の排水部を設けたことを特徴とする。
（４）本発明の空調用熱交換器は、前記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記下降空気管ユニットの上部に設けられた地下水噴霧管又は／及び上昇空気管ユニットの上部に設けられた散水管より、前記ジグザク状に配置された冷温水パイプ及び円板状フィンに水を噴霧して、前記空調用空気の温度及び湿度を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空調用熱交換器は、ジグザク状に配置された冷温水パイプを内蔵するとともに、その周囲に空調用空気が供給される下降空気管ユニット及び上昇空気管ユニットを連結して配置するので、熱交換効率を高めるとともに、その熱交換器が配置される空調設備建屋のスペースを効率的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る空調用熱交換器が設けられた空調設備建屋の斜視配置図である。
【図２】本発明の実施例に係る空調用熱交換器が設けられた空調設備建屋の平面配置図である。
【図３】本発明の実施例に係る空調用熱交換器の垂直断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る空調用熱交換器の上昇空気管ユニット水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態に係る空調用熱交換器は、所定温度に維持される地下水などの冷温水を介して、住宅に供給される空調用空気を熱交換処理する空調用熱交換器において、前記冷温水が上下動を繰り返しながら通水されるジグザク状に配置された冷温水パイプと、前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が上部から下部に向けて供給される略円筒状の下降空気管ユニットと、前記冷温水パイプを内蔵するとともにその周囲に空調用空気が下部から上部に向けて供給される略円筒状の上昇空気管ユニットと、前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの下端側で略Ｕ字状に連結して空調用空気を流通させる連接管とを有する。
これによって、空調用空気が空調設備建屋内を上下動を繰り返しながら供給され、各ユニット内の冷温水パイプを流れる冷温水と効果的に熱交換させることができる。
【００１４】
空調用熱交換器は、一般住宅などの空調システムに適用される装置構成部分である。このような空調システムは、夏季の高温多湿状態、冬季の低温乾燥状態に対応して室内空間を快適な環境に維持するための空調用熱交換器を含む冷暖房装置を備えており、室内空気を循環させたり、新鮮な外気を取り入れたりすることで室内温度や湿度および清浄度を所望範囲に調節する機能を有する。
これらの冷暖房装置は、ＬＰＧ・都市ガス等諸燃料の燃焼熱、太陽熱等に代表される温熱源を利用できる。
なお、空気の清浄度や湿度を調節するために、一般に各種フィルタや加湿機構などを併用、付加することもできる。
この空調システムにおいては、空気配管に供給される室内空気を建物の床下に設けた蓄熱層の蓄熱材と熱交換させることによって効果的に冷却することもできる。
蓄熱層は、散布水の蒸発熱によって冷やされるとともに、地下水を利用して年間を通じて一定温度に維持することもできる。
これによって、自然エネルギーの有効利用を可能とする「ＥＣＯパワーシステム」を実現して、時代の要請に通じた省エネルギーで快適、健康的な住生活を可能とするものである。
【００１５】
冷温水パイプは、冷温水が上下動を繰り返しながら通水されるジグザク状に配置された内径が約１５〜１８ｍｍの銅製パイプを上下方向に約１３００〜１４００ｍｍの範囲で複数回折り返しながら屈曲させて形成した熱交換デバイスである。この銅製パイプの外表面に沿って、空調用空気が接触しながら流されることで、効果的な熱交換処理がなされる。
【００１６】
下降空気管ユニット及び上昇空気管ユニットは、前記冷温水パイプがその内部に立設配置された直径が約２００〜２５０ｍｍ、長さ約１２００〜１３００ｍｍの略円筒体などで構成され、これら円筒体部分が空調設備建屋内に互いに隣接して立設されるようになっている。
なお、これら円筒体は、アルミやスチールなどの金属材又は高分子樹脂などの樹脂材で構成されるとともに、必要に応じて、その円筒体表面は、ポリウレタンなどの断熱材により断熱被覆したものを用いることができる。
【００１７】
連接管は、空調用空気が内部を上下に流れるように立設された、下降空気管ユニット及び上昇空気管ユニットの下端側で略Ｕ字状に両者を連結して、空調用空気を一方から他方に流通させる両ユニット間の接合部分である。
【００１８】
また、本実施形態に係る空調用熱交換器は、前記連接管を介して連接される前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットを、空調設備建屋内に複数組み合わせて配置し、外部から供給される前記空調用空気をジグザグ状に繰り返して上下動させながら前記冷温水パイプ内を流れる冷温水と熱交換させることができる。
これによって、その容積が限定される空調設備建屋内に各ユニットを効率的に配置することによって、省エネルギー性に優れた空調用熱交換器を提供することができる。
【００１９】
さらに、本実施形態に係る空調用熱交換器は、前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの上端側にユニット内へ洗浄水を散布する散水部を設けるともに、そのユニットの下端側に配置される前記連接管内に貯留される汚染水や結露水の排水部を設けることもできる。
これにより、供給される空調用空気に含まれる花粉やごみ、チり、などは連接管の底部に溜まる結露水とともに排出され、空気を清浄化することができる。
このような結露水の除去により、清浄化された空調用空気を建物内に導くことにより室内の空気調和に加えてその清浄化を行なうことができる。
こうして、通常の空調設備における冷熱源および温熱源が不要となるため、省エネルギーが図られることはもとより、消費電力や燃料等の使用量節減が可能であることから、
二酸化炭素排出量を大幅に低減可能な空調用熱交換器を、建物の空気循環システムなどの構成要素として提供できる。
【００２０】
（実施例）
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る空調用熱交換器を適用した空調システムについて説明する。
図１は、本発明の実施例に係る空調用熱交換器が設けられた空調設備建屋の斜視配置図であり、図２は、本発明の実施例に係る空調用熱交換器が設けられた空調設備建屋の平面配置図であり、図３及び図４は、それぞれ空調用熱交換器の垂直断面図及び水平断面図である。
自然エネルギーの有効利用を目指した基本タイプの一例である空調用熱交換器１０は一般住宅などの建物に適用される。
空調用熱交換器１０は、図示するように、建物を空調する空調設備建屋１１内に収納されており、全体がジグザグ状に形成された冷温水パイプ１２、１２’を、それぞれ内蔵する略円筒状の上昇空気管ユニット１３、下降空気管ユニット１４、これら各ユニットの下端側を連結する連接管１５、などで構成されている。
【００２１】
この空調設備建屋１１内には、送風ファンを駆動させて空調用空気をシステム内に供給するためのストレートシロッコファン１６や空調用空気を電熱源などにより、所定温度に加熱するためのヒートポンプユニット（本明細書では２経路熱交換器という場合がある）１７、各ユニットへ供給される空調用空気の供給流路を、必要に応じて切り替え外部空気を導入することで２４時間換気システムを兼ねるための３路ダンパー１８などが配置される。
【００２２】
図３に示すように、略円筒状に形成される上昇空気管ユニット１３、下降空気管ユニット１４の内部には、上下ジグザク状に屈曲して配列された冷温水パイプ１２、１２’が、それぞれ配置されている。
なお、冷温水パイプ１２、１２’は、連接管１５内に配置された接続パイプ１２ａを介して連結され、井戸から汲み上げられた地下水などの冷温水が、冷温水供給部１２ｃから供給される。
こうして、上昇空気管ユニット１３、下降空気管ユニット１４内を流れる空調用空気により、加温又は減温されたパイプ内の冷温水が、下降空気管ユニット１４上部の冷温水排出部１２ｂから最終的に外部に排出されるようになっている。
【００２３】
上昇空気管ユニット１３、下降空気管ユニット１４にそれぞれ立設配置される冷温水パイプ１２、１２’は、図３や図４に示すように、直管状に立設される５本の銅製管１２ｄ〜１２ｈが連結されて構成されている。
なお、各銅製管の外部表面には、熱伝達を促すための円板状フィン１２ｍが多段状に設けられている。
そして、それぞれの隣接する銅製管上端同士又は銅製管下端同士は、水平配置される連結管１２ｋを介して連結されており、各ユニット内で、その管流路全体が略ジグザク状となるように形成されている。
こうして、銅製管１２ｄに接続される給水部１２ｉに導入された冷温水（地下水）は、銅製管１２ｃ〜１２ｈからなるジグザク状流路を経由した後、連結部１２ｊから上昇空気管ユニット１４の接続パイプ１２ａに接続されジグザク状流路を経由して冷温水供給部１２ｂより排出されるようになっている。
【００２４】
なお、上昇空気管ユニット１３や下降空気管ユニット１４の上部には、地下水をユニット内部に向けて散水して、ユニット内を流れる空調用空気を直接的に洗浄したり、ゴミなどが付着した管壁面を除去したりするための、散水管２０及び地下水噴霧管２４が設けられている。
さらに、水平配置される連接管１５内中央底部には、底部に貯留する結露水や洗浄水を排出するためのドレン抜管２１が設けられ、連接管１５内の水位が一定量を超えたときは自然に放出されるようにしている。
【００２５】
室内空気の取入口２２から空調用熱交換器１０に取り入れられた空調用空気は、図１、２に示すように、３路ダンパー１８を経て、下降空気管ユニット１４の上部に供給され、下降空気管ユニット１４内を降下しながら、冷温水パイプ１２の外表面と接触して、所定の熱交換がなされる。
下降空気管ユニット１４は、その下部で連接管１５を介して隣接する上昇空気管ユニット１３の下部に接続しており、上昇空気管ユニット１３内を空調用空気が上昇して、冷温水パイプ１２’を介した熱交換処理がなされる。
こうして、下降空気管ユニット１４及び上昇空気管ユニット１３を経由して処理された空調用空気は、２経路熱交換器１７を介して給気口２３から給気されるようにしている。
【００２６】
また、本実施例の空調用熱交換器は、下降空気管ユニット１４の上部に設けられた地下水噴霧管２４又は／及び上昇空気管ユニット１３の上部に設けられた散水管２０より、ジグザク状に配置された冷温水パイプ１２、１２’及び円板状フィン１２ｍに水を噴霧して、空調用空気の温度や湿度を調整することもできる。
【００２７】
本実施例の空調用熱交換器は、地下水など冷温水を介して導入される室内空気を地下水温度に近い温度まで降温又は昇温するとともに、結露水の除去により清浄化された空気を建築物内に導くことにより室内の空気調和を行なうことができ、通常の空調設備における冷熱源および温熱源が不要となるため、省エネルギーが図られ、消費電力や燃料等の使用量節減が可能であることから二酸化炭素排出量を大幅に低減可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の空調用熱交換器によれば、熱交換における効率性の向上を図れるとともに、空調用空気の清浄化を達成しつつ、コスト低減や効率性に優れた空調システムを提供できるということから、産業上の利用可能性が極めて大きいものといえる。
【符号の説明】
【００２９】
１０    空調用熱交換器
１１    空調設備建屋
１２、１２’    冷温水パイプ
１２ａ    接続パイプ
１２ｂ    冷温水供給部
１２ｃ    冷温水排出部
１２ｄ〜１２ｈ    銅製管
１２ｉ    給水部
１２ｊ    排水部
１２ｋ    連結管
１２ｍ    円板状フィン
１３    上昇空気管ユニット
１４    下降空気管ユニット
１５    連接管
１６    ストレートシロッコファン
１７    ２経路熱交換器（ヒートポンプユニット）
１８    ３路ダンパー
２０    散水管
２１    ドレン抜管
２２    室内空気の取入口
２３    空調用空気の給気口
２４    地下水噴霧管
【要約】
【課題】一般住宅などの住環境において室内空気の清浄化や換気冷暖房を効率的に行なうことのできる空調用熱交換器を提供する。
【解決手段】冷温水が上下動を繰り返しながら通水されるジグザク状に配置された冷温水パイプ１２、１２’を備え、空調用空気が上部から下部に向けて供給される略円筒状の下降空気管ユニット１４と、空調用空気が下部から上部に向けて供給される略円筒状の上昇空気管ユニット１３と、前記下降空気管ユニット及び前記上昇空気管ユニットの上端側又は下端側で略Ｕ字状に連結して空調用空気を流通させる連接管１５とを有するように空調用熱交換器１０を構成する。
【選択図】図１【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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